改善剥脱衬底的表面质量的方法

改善剥脱衬底的表面质量的方法
【专利摘要】本发明涉及改善剥脱衬底的表面质量的方法。在进行受控剥脱工艺之前在基础衬底和支撑结构之间形成顺从材料。通过将顺从材料设置在基础衬底和支撑结构之间，可以减少表面扰动（颗粒、晶片制品等）对剥脱模式断裂的局域效果。因此，本公开的方法导致了剥脱材料层和剩余基础衬底的表面质量的改善。另外，本公开的方法还能减少劈裂制品的密度。
【专利说明】改善剥脱衬底的表面质量的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及衬底制造方法和由其制造的衬底。更具体地，本发明涉及在可控剥脱工艺期间改善衬底表面质量的方法。
【背景技术】
[0002]例如，如可以制造成薄膜形式的光伏和电光器件，其具有相对于体对应物的三个明显的优点。第一，因为使用更少的材料，薄膜器件减少器件制造中的材料成本。第二，低器件重量是激发宽范围薄膜应用的工业级努力的明确优点。第三，如果尺寸足够小，在其薄膜形式中器件会表现出机械挠性。另外，如果从可以重复使用的衬底去除器件层，可以实现附加的制造成本降低。
[0003](i)从体材料(B卩，半导体)制造薄膜衬底并且(ii)通过从在其上继续形成器件的下面的体衬底去除器件层形成薄膜器件层的努力正在进行。最新进展，参见，例如Bedell等人的称为“受控剥脱技术”的新颖层转移方法的U.S.专利申请N0.2010/0311250A1，已经允许通过从基础衬底去除表面层进行低成本、薄膜、高质量衬底的制造。通过此受控剥脱技术去除的薄膜衬底层可以用于I)增加传统光伏技术每瓦特成本值(the cost per Wattvalue)或者2)允许制造挠性的并且可以用于制造新产品的新颖的、高效率光伏、电子和光电材料。
[0004]尽管能够制造薄膜衬底，但仍需要一种在受控剥脱之后改善基础衬底的可循环利用性以及改善剥脱表面的表面质量的方法。

【发明内容】

[0005]在进行受控剥脱工艺之前在基础衬底和支撑结构之间形成顺从(compliant)材料。通过将顺从材料设置在基础衬底和支撑结构之间，可以减少表面扰动(颗粒、晶片制品(artifact)等)对剥脱模式断裂的局域效果。因此，本公开的方法导致剥脱材料层和剩余基础衬底的表面质量的改善。另外，本公开的方法还能减少劈裂制品(cleaving artifact)的密度。
[0006]本发明的一个方面，提供了 一种用于从基础衬底去除材料层的方法。在一个实施例中，本公开的方法包括在基础衬底的第一表面顶上形成应力源层。然后，将与所述基础衬底的所述第一表面相对的所述基础衬底的第二表面固定到支撑结构上，其中在所述基础衬底的所述第二表面和所述支撑结构之间形成插入的顺从层；下一步，通过剥脱去除基础衬底的材料层。根据本公开，从基础衬底去除的材料层被至少附着到应力源层。
[0007]在本发明的另一个实施例中，该方法包括在基础衬底的第一表面顶上形成金属应力源层。下一步，将与所述基础衬底的所述第一表面相对的所述基础衬底的第二表面固定到支撑结构，其中在所述基础衬底的所述第二表面和所述支撑结构之间形成插入的顺从层。然后，在金属应力源层顶上形成处理衬底。下一步，通过剥脱去除基础衬底的材料层。根据此实施例，材料层被至少附着到应力源层，并且剥脱包括从顶部金属应力源层拉或者剥离处理衬底。
【专利附图】

【附图说明】
[0008]图1A示出了(通过截面图)可以在本发明的一个实施例中应用的具有最上表面和最下表面的基础衬底的不意图。
[0009]图1B示出了(通过截面图)根据本发明的另一个实施例的同样包括在基础衬底的边缘处的边缘排斥(exclus1n)材料的如图1A示出的基础衬底的示意图。
[0010]图2示出了(通过截面图)根据本发明的实施例的在基础衬底的最上表面上形成含金属粘接层之后的图1A的基础结构的示意图。
[0011]图3示出了(通过截面图)根据本发明的实施例的在含金属粘接层的表面上形成应力源层之后的图2的结构示意图。
[0012]图4示出了(通过截面图)用插入基础衬底的最下表面和支撑结构之间的顺从层将基础衬底的最下表面固定到支撑结构之后的图3的结构示意图。
[0013]图5示出了(通过截面图)根据本发明的实施例的在应力源层的表面上形成处理衬底之后的图4的结构示意图。
[0014]图6A示出了(通过截面图)根据本发明的实施例的在进行剥脱工艺之后的图5的结构示意图。
[0015]图6B示出了(通过截面图)根据其中使用了图1B中示出的结构的本发明的实施例的在进行剥脱工艺之后形成的另一个结构的示意图。
[0016]图7A示出了使用现有剥脱工艺从4英寸Ge晶片(175μπι)剥脱的17μπι厚的GaAs/Ge层的图像，其中在Ge晶片的最下表面和真空卡盘的表面之间没有形成顺从(compliant)层。
[0017]图7B示出了使用剥脱工艺从4英寸Ge晶片(175 μ m)剥脱的17 μ m厚的GaAs/Ge层的图像，其中在Ge晶片的最下表面和真空卡盘的表面之间形成顺从层。
【具体实施方式】
[0018]现在，通过参考本发明附带的随后的讨论和附图更详细的描述本发明。注意，提供本发明的附图用于说明目的并且因此没有按比例画出。在随后的描述中，解释了大量具体细节，例如具体结构、部件、材料、尺寸、工艺步骤和技术，目的是提供对本发明的全面理解。然而，本领域的技术人员应该明白，本公开可以用没有这些具体细节的可行的可选工艺选项执行。在其它实例中，为了避免模糊本发明的各种实施例，没有详细描述已公知的结构或工艺步骤。
[0019]因为在衬底的背面和支撑结构(S卩，真空或者静电卡盘)的表面之间捕获的颗粒，如Bedell等人的美国专利申请N0.2010/0311250A1公开的对很薄的衬底(小于300 μ m)施加可控剥脱技术使得断裂深度对扰动更敏感。不希望被任何理论束缚，相信上述敏感性是因为衬底中发生断裂的表面下的深度处是剪切应力最小化的区域并且源于局域化曲率改变(捕获的颗粒)的局域应力场扭曲了初始应力场的空间分布。当断裂传播时，断裂通过改变断裂深度以维护在开裂顶端处等于零的模式II (既，剪切)应力而响应于局域应力扰动。
[0020]对于具有300 μ m或者更厚的厚度的较厚衬底或者铸锭，仅有的非平面应力扰动来自应力源层本身或者处理衬底中内容物。对于固定到支撑结构的厚衬底，在厚衬底和支撑结构之间存在的颗粒导致局域化曲率变化，该局域化曲率改变在量值上更小且如果衬底很薄在空间上更加扩展。
[0021]本发明提供了一种方法，用于当使用薄基础衬底(小于300 μ m的厚度)时，减少在可控剥脱技术中的深度扰动。在一些实施例中，进行本发明公开的剥脱工艺的基础衬底具有从ΙΟΟμπι增加到包括250 μ m的厚度。在本发明中，可以通过形成插入基础衬底的最下表面和支撑结构的表面之间的顺从材料减少上述深度扰动问题。在整个发明中使用的术语“顺从材料”或者“顺从层”指当向其施加力时具有形变能力的任意挠性材料。
[0022]通过插入基础衬底的最下表面和支撑结构的表面之间的顺从材料，可以减少在剥脱轨迹上的表面扰动效应。这改善了剥脱材料层和基础衬底剩余部分的表面质量。“改善的表面质量”意味着在剥脱后剥脱材料层和基础衬底的剩余部分在剥脱深度上具有整体减少的偏差，特别是在靠近在衬底的背面和支撑结构之间吸附的颗粒附近的区域中。另外，本发明的方法可以减少劈裂制品(artifact)的密度；劈裂制品可以限定为从几个微米到几个厘米长度范围上存在的断裂深度的任意可检测的变化。
[0023]现在参考图1A、1B、2_5、6A和6B，其示出了本公开的用于在受控剥脱期间在薄基础衬底中的深度扰动的方法的基本处理步骤。
[0024]首先参考图1A,其不出了可以用于本公开的一个实施例的具有最上表面11和最下表面10的基础衬底12。如所示，基础衬底12的最上表面11 (其还可以称为第一表面)与基础衬底12的最下表面10 (其在这里还可以称为第二表面)相对。
[0025]可以在本公开中使用的基础衬底12可以包括半导体材料、玻璃、陶瓷或者断裂韧度小于随后将形成的应力源层的任意其它材料。断裂韧度是一种性能，其描述含开裂的材料抵抗断裂的能力。断裂韧度标记为KIc;。下标Ic表示在垂直于开裂的法向拉伸应力下的模式I开裂开口，并且c标记其为临界值。典型地，模式I断裂韧度典型为最重要的值，因为剥脱模式断裂通常发生在衬底中模式II应力(剪切)为零的区域中。断裂韧度为表示当存在开裂时材料抵抗脆性断裂的定量方式。
[0026]当基础衬底12包括半导体材料时，半导体材料可以包括但不仅限于S1、Ge、SiGe、SiGeC, SiC, Ge 合金、GaSb、GaP、GaN、GaAs、InAs, InP, AlN 以及所有其它 II1-V 或者 I1-VI化合物半导体。在一些实施例中，基础衬底12是体半导体材料。在其它实施例中，基础衬底12可以包括层状半导体材料，例如，如绝缘体上半导体或者聚合衬底上的半导体。可以用作基础衬底12的绝缘体上半导体衬底的示出实例包括绝缘体上娃和绝缘体上娃锗。在一些实施例中，基础衬底12包括半导体材料的多层叠层。这样的基础衬底的示范性实例是从底到顶的锗层和砷化镓层的多层叠层。当基础衬底12包括半导体材料时，半导体材料可以被掺杂、未掺杂或者包含掺杂区域和未掺杂区域。
[0027]在一个实施例中，可以用作基础衬底12的半导体材料可以是单晶(即，整个样品的晶格到样品的边缘是连续的并且没有破裂，没有晶粒边界的材料)。在另一个实施例中，可以用作基础衬底12的半导体材料可以是多晶(即，有许多不同尺寸和取向的晶粒组成的材料；方向的变化是随机的(称为，随机织构)或者被定向的，可能归因于生长和处理条件)。在本发明的另一个实施例中，可以用作基础衬底12的半导体材料可以是非晶(即，缺乏晶体的长程有序特性的非结晶材料)。典型地，可以用作基础衬底12的半导体材料是单晶材料。
[0028]当基础衬底12包括玻璃时，玻璃可以是S12基玻璃，其可以未掺杂或者用合适的掺杂剂掺杂。可以用作基础衬底12的S12基玻璃的实例包括未掺杂硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、磷硅酸盐玻璃、氟硅酸盐玻璃以及硼磷硅酸盐玻璃。
[0029]当基础衬底12包括陶瓷时，陶瓷可以是任意无机、非金属固体，例如，如包括但不仅限于铝、铍、铈和锆的氧化物，包括但不仅限于碳化物、硼化物、氮化物或者硅化物的非氧化物；或者包括氧化物和非氧化物的组合的合成物。
[0030]在本公开的一些实施例中，可以利用本领域的技术人员已公知的技术在基础衬底12上和/或内处理一个或多个器件，其包括但不仅限于晶体管、电容器、二极管、BiCMOS、电阻器等。可以利用本公开的方法去除包括一个或多个器件的基础衬底12的上部区域。基础衬底12的上部区域还可以包括一个或多个可以用作光伏器件的II1-V化合物半导体层。
[0031]在本公开的一些实施例中，可以在进一步的处理前清洁基础衬底12的最上表面11以去除表面氧化物和/或源于此的其它污染物。在本公开的一个实施例中，通过向基础衬底12的最上表面11施加例如，如能够从基础衬底12的最上表面11去除污染物和/或表面氧化物的丙酮和异丙醇的溶剂清洁基础衬底12的最上表面11。
[0032]在本公开的一些实施例中，通过将基础衬底12的最上表面11浸入氢氟酸的使用前的氧化物去除，可以使基础衬底12的最上表面11疏水化。疏水或者非氧化物表面在所述清洁表面和将要沉积的特定的应力源层之间提供改善的粘接。
[0033]参考图1B，其示出了在基础衬底12的最上表面11上和垂直边缘V1、V2处形成的在本发明的另一个实施例中采用的边缘排斥材料之后的基础衬底12。如所示，边缘排斥材料14具有与基础衬底12的垂直边缘V1、V2垂直一致的边缘，而边缘排斥材料14的另一个边缘从边缘V1、V2向内并且在基础衬底12的最上表面11上。在整个本公开中使用的术语“边缘排斥区域”指基础衬底12顶上的区域，在其中不存在随后形成的应力源层或者如果存在，那么应力源层不会显著地粘附到基础衬底12的最上表面11。边缘排斥材料14的形成最小化在剥脱期间与边缘相关的衬底破裂。
[0034]在本公开的一个实施例中，边缘排斥材料14可以是粘接降低物(adhes1ndemoter)0 “粘接降低物”指能够减小随后形成的可选含金属粘接层或者应力源层粘附(即，粘贴)到基础衬底12的最上表面11的能力的任何材料。可以在本公开中用作边缘排斥材料14的粘接降低物包括但不仅限于光致抗蚀剂材料、聚合物、碳氢化合物材料、墨、粉末、浆糊或者非粘接金属。在一个实施例中，可以在本公开中用作边缘排斥材料14的粘接降低物是墨。
[0035]可以用作粘接降低物的光致抗蚀剂材料包括任意公知的正调(positive-tone)材料和/或负调(negative-tone)材料。可以用作粘接降低物的聚合物包括但不仅限于，以带或膜的形式沉积或者施加的如橡胶、虫漆、纤维素的天然聚合物，如尼龙、聚乙烯和聚丙烯的合成聚合物。可以用作粘接降低物的碳氢化合物材料包括但不限于，饱和碳氢化合物(即，烷烃)、未饱和碳氢化合物(即，烯或者炔)、环烷烃以及芳香烃(即，芳烃)。可以用作粘接降低物的墨包括但不仅限于通常在商业永久标记中得到的乙醇或者水基墨，或者用于喷墨印刷技术的墨。可以用作粘接降低物的非粘接金属包括但不仅限于Au、Ag、焊料或者低熔点合金。可以用作粘接降低物的浆糊包括但不仅限于金属基浆糊、部分固化的环氧、真空脂(vacuum grease)或者类似的材料。
[0036]可以利用本领域的技术人员公知的技术在基础衬底12的邻近边缘V1、V2的最上表面上形成在本公开中作为边缘排斥材料14使用的粘接降低物。例如，可以通过化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、旋涂、刷涂、喷涂、丝网印刷、喷墨印刷或者织物顶端(fabric-tip)施加来形成可以在本公开中作为边缘排斥材料14使用的粘接降低物。在使用墨作为粘接降低物的一些实施例中，可以从笔或者包括其的记号器施加墨。在一个实施例中，边缘排斥材料14具有由从一个侧壁边缘到另一个侧壁边缘确定的从0.0lmm到1mm的宽度。在另一个实施例中，边缘排斥材料14具有从0.1mm到5mm的宽度。已经发现，基础衬底12直接位于边缘排斥材料14之下的部分限定边缘排斥区域，其存在将最小化在随后的剥脱工艺期间的与边缘相关的破碎。
[0037]现在参考图2，其示出了在基础衬底12的最上表面11上形成可选含金属粘接层16后的图1A的基础衬底12。虽然现在利用在图1A中示出的结构描述并示出了本发明，但是可以使用具有类似结构的图1B中示出的结构进行图3-6A中示出的相同的工艺步骤。
[0038]在随后形成的应力源层与基础衬底12的最上表面11具有较差粘接的实施例中使用可选含金属粘接层16。典型地，当采用由金属构成的应力源层时使用含金属粘接层16。在一些实施例中，可以在基础衬底12的最上表面11顶上直接形成可选镀敷种子层(未不出)。可选镀敷种子层可以与含金属粘接层16—起使用或者被其替代。
[0039]在本公开中使用的可选含金属粘接层16包括任意金属粘接材料，例如但不仅限于Ti/W、T1、Cr、Ni或其任意组合。可选含金属粘接层16可以包括单层或者其可以包括包含不同金属粘接材料的至少两层的多层结构。
[0040]当存在时，可以在从15°C到40°C即288K到313K或以上的温度下形成可选含金属粘接层16。在一个实施例中，可以在从20°C (293K)到180°C (353K)的温度下形成可选含金属粘接层16。在另一个实施例中，可以在从20°C (293K)到6(TC (333K)的温度下形成可选含金属粘接层16。
[0041]可以利用本领域的技术人员已公知的技术沉积形成可选采用的含金属粘接层16。例如，可以利用溅射、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、化学溶液沉积、物理气相沉积和镀敷形成可选含金属粘接层16。当使用溅射沉积时，溅射沉积工艺还可以包括在沉积前的原位溅射清洁工艺。
[0042]当使用时，可选含金属粘接层16典型地具有从5nm到300nm的厚度，更典型从10nm到150nm的厚度。对于可选含金属粘接层16,在本发明中还可以使用小于和/或高于前述厚度范围的其它厚度。
[0043]典型地在实施例中使用可选镀敷种子层(未示出)，在该实施例中随后形成的应力源层是金属并且使用镀敷形成含金属应力源层。使用可选镀敷种子层以选择性促进预先选择的含金属应力源层的镀敷。可选镀敷种子层可以包括，例如Ni单层或者如Al (底)/Ti/Ni (顶)的两个或更多金属的层状结构。可选镀敷种子层的厚度可以根据可选镀敷种子层的材料或者多种材料以及其形成技术变化。典型地，可选镀敷种子层具有从2nm到500nm的厚度。可以通过包括例如，化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)和可以包括蒸镀和/或溅射的物理气相沉积(PVD)技术的常规沉积工艺形成可选镀敷种子层。[0044]根据本发明，在基础衬底中不发生自发剥脱的温度下形成可选含金属粘接层16和/或可选镀敷种子层。
[0045]现在参考图3，其示出了在可选含金属粘接层16的最上表面上形成应力源层18后的图2的结构。在不存在可选含金属粘接层16的一些实施例中，可以在基础衬底12的最上表面11上直接形成应力源层18 ;没有在附图中示出此特殊实施例，但是可以从本发明示出的附图中容易地推断出。在使用可选镀敷种子层的另一个实施例中，可以在可选镀敷种子层的最上表面上直接形成应力源层18 ;同样没有在附图中示出此特殊实施例，但是可以从本发明示出的附图中容易地推断出。
[0046]可以在本发明中使用的应力源层18包括在沉积后在基础衬底12上处于拉伸应力下的任意材料。应力源层18还指应力诱导层。根据本发明，应力源层18具有导致在基础衬底12中发生剥脱模式断裂的临界厚度和应力值。具体地，应力源层18具有临界厚度，其中在基础衬底12的最上表面11下以及基础衬底12中的一些区域开始剥脱。“临界”意味着对于给定的应力源材料和基础衬底材料组合，选择应力源层的厚度值和应力源值以便可能发生剥脱模式断裂(可以产生大于衬底的Krc值的K1值)。可以通过调整应力源层18的沉积条件来调节应力值。例如，在溅射沉积应力源层18的情况下，气体压力可以用于调整应力值，如在 Thorton 和 Hoffman 的 J.Vac.Sc1.Technol., 14 (1977) p.164 中所描述的。
[0047]选择应力源层18的厚度以在基础衬底12的部分区域中提供期望的断裂深度。例如，如果选择Ni为应力源层18，那么断裂将在应力源层18下面，Ni厚度的约2到3倍的深度处发生。然后选择应力源层18的应力值以满足剥脱模式断裂的临界条件。这可以通过经验公式t*=[(2.5xl06) (Krc3/2)] / σ 2估计，其中t*为临界应力源层厚度(微米)，Krc是基础衬底12的断裂韧度(单位MPa.m1/2)，σ是应力源层的应力值(MPa或者兆帕)。上述表达是一个指导，实际中，会在上述表达预测的值小20%的应力或者厚度值处发生。
[0048]当在基础衬底12上施加时处于拉伸应力下并且因此可以用作应力源层18的这样的材料的示范性实例包括但不仅限于金属、例如剥脱诱导带层的聚合物，或者任意其组合。可以使用包括单应力源层或者包括不同应力源材料的至少两层的多层应力源层结构的应力源层18。
[0049]在一个实施例中，应力源层18是金属并且在可选含金属粘接层16的最上表面上形成该金属。在另一个实施例中，应力源层18是剥脱诱导带并且剥脱诱导带被直接施加到基础衬底12的最上表面11。在另一个实施例中，例如，应力源层18可以包括包含下部和上部的两部分应力源层。两部分应力源层的上部可以由剥脱诱导带层构成。
[0050]当金属用作应力源层18时，金属可以包括，例如N1、Cr、Fe、Mo、Ti或者W。还可以使用这些金属的合金。在一个实施例中，应力源层18包括至少一个含Ni层。
[0051]当聚合物用作应力源层18时，聚合物是由重复结构单元构成的大高分子。典型地通过共价化学键连接子单元。可以用作应力源层18的聚合物的示范性实例包括但不仅限于聚酰亚胺聚酯、聚烯烃、聚丙烯酸脂、聚氨酯、聚乙酸乙烯脂和聚氯乙烯。
[0052]当剥脱诱导非金属层(S卩，如带的聚合材料)用作应力源层18时，剥脱诱导层包括任意压力敏感带，其在形成带的第一温度处挠性、软并且无应力，然而在去除期间即剥脱基础衬底12的上部期间使用的第二温度处，其强劲、易于延展并且拉伸。“压力敏感带”意思是施加压力将粘贴而不需要溶剂、热或者水以激活的粘接带。因为基础衬底12(具有更低的热膨胀系数)和带(具有更高的热膨胀系数)之间的热膨胀错配，在第二温度下带中的拉伸应力是主要的。
[0053]典型地，在本发明中作为应力源层18使用的压力敏感带至少包括粘接层和基础层。用于压力敏感带的粘接层和基础层的材料包括聚合材料，例如，如，具有或者不具有合适的塑化剂的丙烯酸酯、聚酯、烯烃和乙烯基单体(vinyls)。塑化剂是添加剂，该添加剂可以增加添加有其的聚合材料的塑性。
[0054]在一个实施例中，在室温下(15°C -40°C，即288K-313K)形成本公开中使用的应力源层18。在另一个实施例中，当使用带层时，可以在从15°C (288K)到6(TC (333K)的温度下形成带层。
[0055]当应力源层16是金属或者聚合物时，可以利用本领域的技术人员公知的沉积技术形成应力源层18，沉积技术包括，例如浸涂、旋涂、刷涂、溅射、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、化学溶液沉积、物理气相沉积以及镀敷。
[0056]当应力源层18是剥脱诱导带层时，可以通过手动或者机械方式施加带层。可以利用本领域的技术人员已公知的技术形成剥脱诱导带或者可以通过任意已知粘接带制造者那里商业购买它们。可以在本发明中用作应力源层18的剥脱诱导带的一些实例包括，例如Nitto Denko3193MS 热释放带、Kapton KPT-1^PDiversified B1tech，s CLEAR-170 (烯酸粘接剂，乙烯基)。
[0057]在一个实施例中，可以在基础衬底12的最上表面11上形成两部分应力源层，其中在室温或者略高(例如，从15°C (288K)到60°C (333K))的第一温度下形成两部分应力源层的下部，其中在室温的辅 助温度下形成包括剥脱诱导带层的两部分应力源层的上部。
[0058]如果应力源层18具有金属特性，其典型地具有从3 μ m到50 μ m的厚度，更典型具有从4 μ m到7 μ m的厚度。对于应力源层18，在本发明中还可以使用小于和/或高于前述厚度范围的其它厚度。
[0059]如果应力源层18具有聚合物特性，其典型地具有从10 μ m到200 μ m的厚度，更典型具有从50 μ m到10ym的厚度。对于应力源层18，在本发明中还可以使用小于和/或高于前述厚度范围的其它厚度。
[0060]现在参考图4，示出了图3用插入到基础衬底12的最下表面10和支撑结构50之间的顺从层52将基础衬底12的最下表面10固定到支撑结构50上之后的结构。
[0061]在本公开中使用支撑结构50以在随后的受控剥脱工艺期间保持(即，固定)基础衬底12。可以在本发明中使用的支撑结构50优选包括包含保持基础衬底的装置的钢性(即，非挠性)表面。可以在本公开中使用的支撑结构包括，例如真空卡盘、静电卡盘、粘接剂或者边缘卡具。支撑结构50特别是其上表面，可以由包括如铝的任意金属构成。在一些实施例中，支撑结构50特别是其上表面由不锈钢构成。
[0062]在本公开中使用的顺从层52是杨氏模量小于支撑结构50的杨氏模量的弹性材料。杨氏模量又称为拉伸模量或者弹性模量，是弹性材料的刚性尺度。杨氏模量定义为在适用胡克定律的应力范围内单轴应力与单轴应变的比。在一个实施例中，在本公开中使用的顺从层52具有从50kPa到5GPa的杨氏模量。在另一个实施例中，在本公开中使用的顺从层52具有从10kPa到500MPa的杨氏模量。当顺从层52因为外力变形时，其经历与变形相对的内力并且如果不再施加外力，其回到初始状态。[0063]如上所述，插入支撑结构50和基础衬底12的最下表面10之间形成的顺从层52包括可变形材料。在本发明的一个实施例中，顺从层52由弹性体构成。弹性体是具有粘弹性的聚合物，与其它材料相比通常具有低杨氏模量和高屈服应变。链接形成聚合物的每一个单体优选由碳、氢、氧和/或硅构成。弹性体在其玻璃转变温度之上以非晶聚合物存在，以便可能出现相当的部分运动。可以在本发明中作为顺从层52使用的弹性体的实例包括但不仅限于天然或合成橡胶、硅酮、聚烯烃、聚乙酸乙烯脂、聚丙烯酸甲酯、粘弹凝胶或者泡沫。
[0064]在本发明的一些实施例中，顺从层52可以是如上述用于作为应力源层使用的带。
[0065]在本发明的其它实施例中，当支撑结构50包括真空卡盘时，顺从层52可以包含多个孔或者小孔洞的阵列。孔的作用是允许真空传递到基础衬底12的最下表面10.[0066]可以通过手动或者机械装置形成在支撑结构50和基础衬底12的最下表面10之间插入的顺从层52。在一些实施例中，可以通过浸涂、旋涂和/或刷涂形成顺从层52。
[0067]典型地，在支撑结构50的表面上形成顺从层52并且随后向顺从层52施加至少包括应力源层和基础衬底的层状结构。在一些实施例中，可以在支撑结构的表面上形成顺从层之前在基础衬底12的最下表面10上形成顺从层52。
[0068]在本发明的一个实施例中，顺从层52具有从ΙΟμπι到5mm的厚度。在本发明的另一个实施例中，顺从层52具有从约25 μ m到约500 μ m的厚度。大于或者小于上述范围的其它厚度同样可以用作顺从层52。
[0069]在本发明的一些实施例中，顺从层52可以包括弹性体材料的多层。
[0070]参考图5，示出了在应力源层18顶上形成可选处理衬底20之后的图4的结构。在本公开中使用的可选处理衬底20包括具有小于30cm的最小曲率半径的任意挠性材料。可以用作可选处理衬底20的挠性材料的示范性实例包括金属箔或者聚亚胺箔。在一些实施例中，如上所述的带可以用作处理衬底20。
[0071]可选的处理衬底20可以用于提供更好的断裂控制以及处理基础衬底12的剥脱部分的更好的自由度(versatility)。另外，可选的处理衬底20可以用于在本公开的剥脱工艺期间导引开裂传播。典型但不必需，在处于室温(15°C (288K)-40°C (313K))的第一温度下形成本公开的可选的处理衬底20。
[0072]可以利用本领域的技术人员公知的沉积技术形成可选的处理衬底20，沉积技术包括，例如，机械压力、浸涂、旋涂、刷涂、溅射、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、化学溶液沉积、物理气相沉积以及镀敷。
[0073]可选的处理衬底20典型地具有从5 μ m到500 μ m的厚度，更典型具有从10 μ m到150 μ m的厚度。对于可选的处理衬底20，在本发明中还可以使用小于和/或高于前述厚度范围的其它厚度。
[0074]参考图6A，示出了通过剥脱去除基础衬底12的上部12A之后的图5的结构。在本发明的一个实施例中，剥脱工艺包括拉或者剥离处理衬底20以去除至少包括应力源层18和基础衬底12的上部的剥脱结构。通过剥脱从原始基础衬底12去除的基础衬底的上部加载这里可以称为剥脱材料层12A。原始基础衬底12的剩余部分这里可以称为剩余基础衬底12B。
[0075]剥脱工艺包括开裂在基础衬底12中的形成和传播。在基本上室温(B卩15°C到40°C)下开始剥脱工艺。在其它实施例中，可以在100°C和更低的温度下进行剥脱。在本发明的一些实施例中，可以通过固定的连续速率降低温度来初始化剥脱。“固定的连续速率”指例如20°C每秒，利用电子控制的冷却台或者室。此冷却方法允许样品达到预定温度，在此温度下用户限定的剥脱初始化可以诱导预定的剥脱深度，该深度可能与只通过结构参数(即，应力源层应力和厚度以及衬底的断裂韧度)确定的不同。
[0076]剥脱后，可以从剥脱材料层12A去除可选的处理衬底20、应力源层18以及如果存在的可选的镀敷种子层和可选的含金属粘接层16。可以利用本领域的技术人员公知的常规技术从由基础衬底12去除的剥脱材料层12A去除可选处理衬底20、应力源层18以及如果存在的可选镀敷种子层和可选含金属粘接层16。例如，在一个实施例中，王水(HN03/HC1)被用于去除可选的处理衬底20、应力源层18以及可选镀敷种子层和可选含金属粘接层16。在另一个实例中，UV或者热处理被用于去除处理可选的衬底20，接着进行化学蚀刻以去除应力源层18，接着进行不同的化学蚀刻以去除可选镀敷种子层和可选含金属粘接层16。
[0077]关于剩余基础衬底12B，可以从支撑结构50释放剩余基础衬底12B并且随后在真空卡盘的情况下可以通过释放真空或者在静电卡盘的情况下去掉电功率从剩余基础结构12去除顺从层52。
[0078]从基础衬底12去除的剥脱材料层12A的厚度根据应力源层18的材料和基础衬底12本身的材料变化。在一个实施例中，从基础衬底12去除的剥脱材料层12A具有小于100微米的厚度。在另一个实施例中，从基础衬底12去除的剥脱材料层12A具有小于50微米
的厚度。
[0079]在基础衬底的边缘处存在边缘排斥材料的一些实施例中，剥脱的结构还包括在基础衬底12的剥脱材料层12A的顶上或者与其邻近的边缘排斥材料。例如在图6B中示出了这样的结构。在此实施例中，基础衬底12的位于应力源层之下且没有被边缘排斥材料覆盖的部分将被去除。在一些实施例中，如丙酮的有机溶剂可以用于从剥脱结构去除边缘排斥材料14。
[0080]本公开可以用于制造各种类型的薄膜器件，包括但不仅限于，半导体器件、光伏器件以及挠性电子和光子器件。
[0081]现在参考图7A,其为使用在Ge晶片的最下表面和真空卡盘的表面之间没有形成顺从层的现有技术剥脱工艺从4英寸Ge晶片(175 μ m)剥脱的17 μ m厚的GaAs/Ge层的图像，以及图7B示出了使用在Ge晶片的最下表面和真空卡盘的表面之间形成顺从层的剥脱工艺从4英寸Ge晶片(175 μ m)剥脱的17 μ m厚的GaAs/Ge层的图像。在图7B中示出的实例中，顺从层是包括50 μ m Kapton表面层和10ym硅酮基粘接材料的厚层的带。每个实例中的剥脱都在名义室温(15°C到40°C )下使用Ni应力源层和Kapton带处理层进行。如图7B所示，与没有使用顺从层的图7A中示出的样品相比，使用顺从层的样品中的表面制品减少。
[0082]虽然根据其优选实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该明白，在不脱离本发明的精神和范围内可以进行形式和细节上的前述和其它变化。因此，其旨在本发明不限于描述和示出的具体形式和细节而是落入权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种用于从基础衬底去除材料层的方法，所述方法包括: 在基础衬底的第一表面顶上形成应力源层； 将与所述基础衬底的所述第一表面相对的所述基础衬底的第二表面固定到支撑结构上，其中形成在所述基础衬底的所述第二表面和所述支撑结构之间插入的顺从层；以及通过剥脱去除所述基础衬底的材料层，其中所述材料层被附着到至少所述应力源层。
2.根据权利要求1的方法，还包括在形成所述应力源层之前，在所述基础衬底的所述第一表面上且在所述基础衬底的每个垂直边缘处形成边缘排斥材料。
3.根据权利要求2的方法，其中所述边缘排斥材料包括光致抗蚀剂材料、聚合物、碳氢化合物材料、墨、金属或者浆糊。
4.根据权利要求3的方法，其中所述边缘排斥材料包括所述墨并且所述墨选自乙醇和水基墨O
5.根据权利要求1的方法，还包括在所述应力源层和所述基础衬底之间形成含金属粘接层。
6.根据权利要求1的方法，其中所述应力源层包括金属、聚合物、剥脱诱导带及其任意组合。
7.根据权利要求1的方法，还包括在所述应力源层的暴露表面上形成处理衬底。
8.根据权利要求1的方法，其中在室温下进行所述剥脱。
9.根据权利要求1的方法，其中所述应力源层由Ni组成。
10.根据权利要求7的方法，其中所述剥脱包括拉或者剥离所述处理衬底。
11.根据权利要求1的方法，还包括从所述材料层至少去除所述应力源层。
12.根据权利要求1的方法，其中所述支撑结构是真空卡盘或者静电卡盘。
13.根据权利要求1的方法，其中所述顺从层包括具有杨氏模量小于所述支撑结构的杨氏模量的弹性体。
14.根据权利要求13的方法，其中所述弹性体选自天然或合成橡胶、硅酮、粘接剂、粘弹凝胶、聚酰亚胺聚脂、聚烯烃、聚丙烯酸脂、聚氨酯、聚乙酸乙烯脂和聚氯乙烯。
15.根据权利要求1的方法，其中所述顺从层包括带。
16.一种用于从基础衬底去除材料层的方法，所述方法包括: 在基础衬底的第一表面顶上形成金属应力源层； 将与所述基础衬底的所述第一表面相对的所述基础衬底的第二表面固定到支撑结构，其中形成在所述基础衬底的所述第二表面和所述支撑结构之间插入的顺从层； 在所述金属应力源层顶上形成处理衬底；以及 通过剥脱去除所述基础衬底的材料层，其中所述材料层被附着到至少所述应力源层，以及其中所述剥脱包括从所述金属应力源层顶部拉或者剥离所述处理衬底。
17.根据权利要求16的方法，还包括在形成所述金属应力源层之前，在所述基础衬底的所述第一表面上且在所述基础衬底的每个垂直边缘处形成边缘排斥材料。
18.根据权利要求17的方法，其中所述边缘排斥材料包括光致抗蚀剂材料、聚合物、碳氢化合物材料、墨、金属或者浆糊。
19.根据权利要求18的方法，其中所述边缘排斥材料包括所述墨并且所述墨选自乙醇和水基墨。
20.根据权利要求16的方法，还包括在所述金属应力源层和所述基础衬底之间形成含金属粘接层。
21.根据权利要求16的方法，其中所述金属应力源层包括Ni。
22.根据权利要求16的方法，其中在室温下进行所述剥脱。
23.根据权利要求16的方法，还包括从所述材料层至少去除所述金属应力源层。
24.根据权利要求16的方法，其中所述支撑结构是真空卡盘或者静电卡盘。
25.根据权利要求16的方法，其中所述顺从层包括具有杨氏模量小于所述支撑结构的杨氏模量的弹性体。
26.根据权利要 求16的方法，其中所述顺从层包括带。
【文档编号】H01L21/302GK104037059SQ201410074514
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2013年3月5日
【发明者】S·W·比德尔, K·E·福格尔, P·A·劳罗, D·K·萨达那 申请人:国际商业机器公司